長壽文章

無糖,沒問題:骨骼肌細胞在低糖環境中蓬勃發展,以防止與年齡相關的肌肉損失

無糖,沒問題:骨骼肌細胞在低糖環境中蓬勃發展,以防止與年齡相關的肌肉損失

從遊過微小空間的微生物,到傾斜並轉向太陽的植物,再到跨越大陸和海洋遷徙的動物,移動能力是所有生物體的基本特徵——無論它們多麼無腦。 然而,細菌和植物不需要肌肉組織來支持它們的運動。 骨骼肌是一種重要的肌肉組織,它賦予人類移動和執行各種活動的能力,從日常的刷牙或繫鞋帶到突發性的重大運動,如衝下田野或爬上山。 

不幸的是,我們沒有無限供應的骨骼肌。 早在30歲時,我們的骨骼肌質量和力量就逐漸下降,80歲的人通常會失去年輕時擁有的50%或更多的肌肉。 老年人肌肉數量和能力的急劇減少也稱為肌肉減少症,會導致生活品質和獨立性下降,並增加虛弱、跌倒、骨折和死亡的風險。 

儘管導致肌少症的因素有很多,但一些研究人員認為,長期高血糖(高血糖)與這種與年齡相關的肌肉損失有關。 在最近的一項研究中,日本東京都立大學的研究人員補充了高血糖確實不利於肌肉生長和修復的證據。 透過控制特定肌肉細胞培養皿中的葡萄糖(糖)水平,furuichi 及其同事發現,較低的葡萄糖水平為骨骼肌細胞的生長提供了最佳條件,這與先前認為所有增殖細胞都能在糖中茁壯成長的觀點背道而馳。

在這項研究中,東京的團隊進一步闡明了高血糖如何影響肌肉修復,這可能對治療肌少症產生廣泛影響,並為生物醫學研究中的再生肌肉生長打開新的大門。

糖和肌少症:不那麼甜的東西

一組高度參與肌肉再生的細胞是衛星細胞,它們是骨骼肌特有的幹細胞。 當肌肉受損時——無論是由於受傷、疾病還是與年齡相關的損失——衛星細胞可以增殖或繁殖,形成稱為成肌細胞的前驅細胞,這些前驅細胞尚未完全形成發達肌肉細胞的形狀和功能。 從那裡,成肌細胞分化或轉變為稱為肌肉細胞的肌肉細胞,這些細胞融合形成肌纖維並修復受損的肌肉。 

然而,隨著年齡的增長,對於維持肌肉質量至關重要的肌肉再生過程會受到高血糖的損害—— 一項研究 研究發現,與沒有糖尿病的人相比,患有第 2 型糖尿病的人患肌少症的風險增加了三倍。 研究發現,這是一種雙向關係。 除了糖尿病導致肌少症外,肌肉流失也會增加罹患糖尿病的風險。 這種情況下的第三個因素是肥胖,因為體重過多和脂肪儲存會導致糖尿病和肌少症,而肌少症導致的運動能力低下會進一步增加肥胖。 由於肌少症既是糖尿病和肥胖的原因,也是其後果,透過降低血糖來減輕這種與年齡相關的肌肉損失可以降低這三種在老年人中高度流行的疾病的風險,從而改善健康和壽命。

糖尿病導致肌少症,肌肉減少也會增加罹患糖尿病的風險。

衛星細胞的生存

與先前大多數細胞需要大量糖才能繁殖的觀點相反,furuichi 及其同事發現骨骼肌衛星細胞更喜歡在低葡萄糖條件下生長並茁壯成長。 在分離和培養幼鼠的衛星細胞和其他肌肉細胞後,研究團隊研究了低或高葡萄糖環境中細胞健康和生長的各種標記。 

在低葡萄糖組中,衛星細胞的糖含量約為高葡萄糖組的十分之一,其增殖率明顯較高,而細胞凋亡(程序性細胞死亡)率較低。 這顯示葡萄糖限制促進衛星細胞的生長和活力,同時減輕細胞損傷和死亡。 在高血糖培養物中(相當於未控制的糖尿病患者的血糖水平),細胞增殖在一周後停止,而低糖組則繼續增殖兩週以上。 低醣細胞群也具有分化為肌肉細胞的能力,如果這些細胞培養物被移植到人類身上,肌肉細胞可以繼續再生或修復肌肉。

大多數細胞喜歡富含糖的環境,因為葡萄糖可以用來產生 atp(能量),這導致研究人員想知道這些衛星細胞是否有一個特定的糖濃度底線。 為了測試這一點,furuichi 和同事添加了一種稱為葡萄糖氧化酶的酶,它基本上可以消化並消耗葡萄糖。 在這種完全沒有葡萄糖的培養物中,衛星細胞仍然生長和繁殖。 成肌細胞——完全發育的肌肉細胞的前驅細胞——在低葡萄糖培養物中也發揮良好的作用。 這些前驅細胞持續增殖兩週多,並表達一種顯示正常分化為肌肉細胞的蛋白質。 他們還發現這些結果並不適用於所有細胞,因為通常在衛星細胞培養物中過度生長的其他非肌肉細胞在低糖和無糖條件下無法增殖。 這些發現是出乎意料的,儘管很明顯衛星細胞從與葡萄糖完全不同的燃料來源獲取能量,但研究人員還不完全確定該來源是什麼——未來的研究將會告訴我們。 

葡萄糖限制增加了培養的肌肉細胞的增殖徹底改變了現有的概念

肌肉再生研究取得進展

這些結果對幹細胞和再生醫學研究具有重要意義。 肌肉再生研究的一個主要問題是衛星細胞培養物受到其他非肌肉細胞的污染或過度生長,因為它們在高糖環境中茁壯成長,並且可以壓倒衛星細胞的低增殖能力。 由於衛星細胞是骨骼肌特有的幹細胞,因此擁有純淨且未受污染的培養物可以為研究和治療肌肉相關疾病(從肌少症到肌肉營養不良症)提供更多機會。 雖然我們不確定降低人類血糖是否會促進骨骼肌生長和修復,但這些結果預示著它們未來在降低肌少症、肥胖和 2 型糖尿病風險方面的潛力。 正如作者總結的那樣,“我們發現葡萄糖限制會增加培養肌肉細胞的增殖,這徹底改變了現有的概念。”

參考:

Furuichi Y、Kawabata Y、Aoki M、Mita Y、Fujii NL、Manabe Y。 前端細胞開發生物學. 2021;9:640399。 2021 年 3 月 1 日發布。10.3389/fcell.2021.640399

Kim TN、Park MS、Yang SJ 等。 2 型糖尿病患者肌少症的盛行率和決定因素:韓國肌少症肥胖研究 (KSOS) [已在《糖尿病照護》中發表更正。 2010 年 10 月;33(10):2294]。 糖尿病護理. 2010;33(7):1497-1499。 土井:10.2337/dc09-2310

Umegaki h. 肌少症與糖尿病:高血糖是與年齡相關的肌肉質量和功能下降的危險因子。 J 糖尿病研究。 2015;6(6):623-624。 土井:10.1111/jdi.12365



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